10精细化工过程与设备 第九章 萃取

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1、精细化工过程与设备授课教师张大德代第九章萃取§9.1概述一，萃取的概念和分类萃取是分离液体混合物的重要单元操作之一。萃取是利用液体各组分在溶剂中溶解度的不同，以达到分离目的的一种操作。设原料液中含有溶质A和溶剂B（有时称为稀释剂），为使A和B分离，需加入一种与溶剂B不互溶或部分互溶的溶剂S，S称为萃取剂。经过充分的接触后，溶质A即转移到溶剂S中。然后利用B和S的密度差将两相分开，得到两个液相：以溶剂S为主的液相称萃取相E，以原溶剂B为主的液相称萃余相R。上述萃取操作并未最后完成分离任务，为了进一步脱除回收萃取剂并得到溶

2、质A，要将E、R两相分别脱除萃取剂。分离萃取剂S和目标产物A的方法一般是精馏或蒸发。萃取过程如图8.1所示。图8.1萃取过程示意图第九章萃取若被萃取的混合物都是液体，则此过程是液-液萃取；若被处理物料是固体，则此过程称为液-固萃取或浸取；如果利用超临界流体来进行萃取，则称为超临界萃取。传统的萃取一般指液-液萃取，根据萃取剂的种类和形式的不同又可将它分为有机溶剂萃取（简称溶剂萃取）、双水相萃取、液膜萃取和反胶团萃取等。按萃取过程微观反应的不同，萃取还可以分为物理萃取和化学萃取，物理萃取的理论基础是分配定律，而化学萃取服从

3、相律及一般化学反应的平衡规律。物理萃取中，两互不相溶的液相中溶质的化学状态相同；而化学萃取过程常伴有化学反应，根据化学反应的不同，化学萃取可分为配合反应萃取、阳离子交换反应萃取、离子缔合反应萃取、协同萃取和带同萃取五大类。第九章萃取在萃取过程中，由于它本身具有常温操作、无相变化以及选择适当溶剂可以获得较高分离系数等优点，在很多情况下，仍显示出它技术经济上的优势。通常在下列情况下选用萃取分离方法较为有利：（1）溶液中各组分的沸点非常接近，或者说组分之间的相对挥发度接近1。（2）混合液中组分能形成恒沸物，用一般精馏不能得到

4、所需的纯度。（3）溶液中要回收的组分是热敏性物质，受热易于分解、聚合或发生其他化学变化。（4）需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高，用精馏方法需蒸出大量稀释剂，消耗能量很大。（5）复杂混合物中，目标产物的提取。第九章萃取二，萃取操作流程在萃取过程中，应根据过程的特点，结合具体情况，布置一个合理而又经济的操作流程。萃取过程是一个先使两液层充分混合以使溶质重新分配，然后又完全分离，最后并使溶剂再生的过程。故在萃取的操作流程中应包括下面三个部分：（1）被处理的混合物与新加入的溶剂密切接触；（2）轻重液层完全分离；（3）从萃取

5、相和萃余相中除去溶剂，并加以回收。因此在流程中须包括混合器、分离器和溶剂再生的设备，根据物料与溶剂的接触情况，通常可将萃取操作流程分为单效接触式、多效接触式、多效逆流接触式和逆流塔式四种。（一）单效接触式使混合物和全部溶剂一次在器内进行充分接触，经过一定时间后，再将萃取相和萃余相分别取出，见图9.2所示。此种操作方法所用设备比较简单，制造也比较容易。图9.2单效接触式萃取流程示意图1，萃取器；2，分离器第九章萃取（二）多效接触式单效接触式萃取设备中所得萃余相，其中往往还含有部分被萃取溶质，为了进一步提取溶质，可采用多效

6、接触式操作，见图9.3。它利用几个串联的萃取器，使物料在第一效中经过萃取后送入第二效，继续进行萃取，再送入第三效，……而溶剂则分别加入各效混合器中。图9.3多效接触式萃取流程示意图1，萃取器；2，分离器；3，溶剂再生器在此种操作方式中，由于新鲜溶剂系分别加入到各效，故萃取的推动力较大，萃取效果较好，但缺点也很明显，即加入的溶剂量越大，再生消耗的能源也越多。第九章萃取（三）多效逆流接触式为改进多效接触式的缺点，可采用逆流操作以合理使用溶剂，见图9.4所示。图9.4多效逆流接触式萃取流程示意图1，萃取器；2，分离器；3，溶

7、剂再生器物料从一端进入，通过各效，最后从末端排出；溶剂则从末端进入，通过各萃取器而最后从首效排出。在这种流程中，溶剂与物料互成逆流。溶剂在流动过程中溶质的浓度逐渐增高，但它分别与平衡浓度更高的物料在各效中进行接触，所以仍能发生传质过程。而物料在出口处虽然浓度较低，但由于和进来的纯溶剂接触，故能使其中溶质浓度继续减少到最低的程度。在上述三种操作方式中，多效逆流接触式的操作效果最好，而且所消耗的溶剂量并不多，故在工业上得到了广泛的应用。第九章萃取（四）萃取塔多效逆流式虽然操作合理，但按单效接触式的设备配备，设备繁多，费用较

8、大。但如果仿照蒸馏塔，使两液层呈逆流接触在塔内进行连续操作，则必然经济合理。故目前生产上多采用逆流塔式操作。按照促使两相接触的方式不同，萃取塔也有多种，将在以后介绍。第九章萃取三，萃取剂的选择萃取操作中，萃取过程的分离效果主要表现为被分离物质的萃取率和分离产物的纯度。萃取率为萃取液中被提取的溶质与原料液中的溶质量之比。萃取率越高，